Universidade de São Paulo
Instituto de Física de São Carlos
JEISON TALLIS TRIBIOLI
Desenvolvimento e avaliação de resina composta
odontológica com esmalte bovino como partícula de
carga
São Carlos – S.P.
2011
JEISON TALLIS TRIBIOLI
Desenvolvimento e avaliação de resina composta odontológica com esmalte
bovino como partícula de carga
.
Dissertação apresentada ao Programa
Pós Graduação em Física do Instituto
Física de São Carlos da Universidade
São Paulo, para obtenção do título
Mestre em Ciências.
Área de concentração: Física Aplicada
Orientadora: Profa. Dra. Cristina Kurachi
Versão Original
São Carlos – S.P.
2011
de
de
de
de
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE
TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA
FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalográfica elaborada pelo Serviço de Biblioteca e Informação IFSC/USP
Tribioli, Jeison Tallis
Desenvolvimento e avaliação de resina composta odontológica
com esmalte bovino como partícula de carga./ Jeison Tallis Tribioli;
orientadora Cristina Kurachi -- São Carlos, 2011.
76 p.
Dissertação (Mestrado – Programa de Pós-Graduação em Física Área de concentração: Física Aplicada – Instituto de Física de São
Carlos da Universidade de São Paulo.
1. Resina Experimental. 2. Fotopolimerização. 3. Esmalte Bovino.
I. Título.
AGRADECIMENTOS
A Deus pela misericórdia e graça para com a minha vida
Aos meus amados pais, Sr. Orivaldo e Sra. Maria Teresa pelo apoio e incentivo que
nunca faltaram nesses anos.
A Profa. Cristina Kurachi e Prof Vanderlei Salvador Bagnato pelo apoio, confiança e
sábias instruções.
Ao meu irmão Jonata juntamente com todos meus familiares que me apoiaram.
Ao senhor Otacilo Marques e Amabile Bianchini Tribioli in memoriam, foram avós
que sempre incentivaram seus netos a estudar.
A minha noiva Renata pela paciência e compreensão durante este tempo.
Alessandra Rastelli e Denis Jacomassi companheiros de resinas composta, obrigado
pelos ensinamentos e proveitosas discussões.
Ao Sebastião e Paulinha que no começo deste trabalho proporcionaram momentos
agradáveis, ou seja, muitas risadas.
Lilian Moriyama, Natália Inada, Carla Fontana, Juçaíra Giusti, Vitória Maciel,
Fernanda, Paula, Larissa, Hilde, Cintia. Aos meus amigos figuras, Clóvis Grecco,
Emery Lins, José Dirceu, Gustavo Sabino, Gustavo Nicolodeli, Mardoqueu, Boto
(Everton), Ruy, Leandro Minatel, pelo apoio que sempre me deram e por serem
sempre companhias tão agradáveis em tantos momentos.
A todos os funcionários do IFSC-USP, em especial aos que fazem parte do Grupo
de Óptica, pela dedicação, carinho e respeito.
Ao Professor Emerito Milton Ferreira de Souza meus sinceros agradecimentos
A Profa. Dra Dulcina Ferreira pelas dicas de moagem das partículas e possibilitar o
uso do moinho vibratório, Prof. Dr.Victor e ao Zé por possibilitar a utilização da
maquina de ensaios mecânicos
A FAPESP pelo apoio financeiro
Resumo
TRIBIOLI, J. T. Desenvolvimento e avaliação de resina composta odontológica
com esmalte bovino como partícula de carga. 2011. 76 p. Dissertação (Mestrado)
– Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos 2011.
A utilização de resinas compostas para restaurações em dentes anteriores e
posteriores é bastante frequente na odontologia atual, pois suas propriedades
mecânicas e estéticas são compatíveis a estrutura dental. O objetivo deste trabalho
foi confeccionar e caracterizar uma resina composta para uso odontológico
utilizando esmalte bovino como carga de reforço. Para confeccionar a resina
composta a mesma matriz orgânica comumente utilizada nas resinas comerciais foi
empregada. A carga de reforço foi obtida através da moagem de fragmentos de
esmalte bovino, e posteriormente submetida a um tratamento superficial para que
tornasse possível a união das partículas com a matriz orgânica. Foram
confeccionadas resinas compostas nas concentrações de 60, 70 e 85% em peso de
carga. Para fotopolimerização um dispositivo a base de LED com banda de emissão
em 470 nm com intensidade e 1000 mW/cm² foi usado. Duas resinas comerciais
Filtek Z-250 e Supreme XT (3M ESPE) ambas na cor A2 foram empregadas para
comparação. A caracterização das resinas experimentais e comerciais foi realizada
através de ensaios de compressão axial e diametral, grau de conversão, teste de
dureza Vickers e fluorescência. O teste de fluorescência foi realizado em dentes
humanos para comparar com resina experimental e comercial. Baseado nos testes
realizados, a resina experimental apresenta propriedades promissoras para em
restaurações.
Palavras Chave: Resina Experimental. Fotopolimerização. Esmalte Bovino.
ABSTRACT
TRIBIOLI, J. T. Development and evaluation of a dental composite resin using
bovine enamel as reinforcing filler. 2011. 76 p. Dissertação (Mestrado) – Instituto
de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos 2011.
The use of composite resins for restorative procedure at anterior and posterior
cavities is highly common in the actual Dentistry because its mechanical and
aesthetic properties are compatible with the remanescent dental structure. The aim
of this study was the manipulation and characterization of a dental composite resin
using bovine enamel as reinforcing filler. The same organic matrix of the
commercially available resins was used for this experimental resin. The reinforcing
filler was obtained after the gridding of bovine enamel fragments and a superficial
treatment was performed to allow the adhesion of the filler particles with the organic
matrix. The experimental resin was manipulated at the weight filler concentrations of
60%, 70%, and 85%. A LED-based light source with 1000 mW/cm2 centered at 470
nm was used for photopolimerization. Two commercial resins, Filtek Z-250 and
Supreme XT at A2 shade, were used for comparison. The resin characterization was
performed with tensile strength and diametral tensile strength tests, conversion
degree, Vickers hardness, and fluorescence. The fluorescence test was performed
using human teeth to compare the results of the experimental and commercial resins.
Based on the investigated tests, the present experimental resin shows promising
properties to its use on dental restorations.
Keywords: Experimental Resin. Photopolymerization. Bovine Enamel.
Lista de Figuras
Figura 1 -
Esquema de classificação de materiais compósitos (23)
22
Figura 2 -
Estrutura química do monômero Bis-GMA
24
Figura 3 -
BisEMA – 2,2-Bis[4-(2-metacriloiloxietoxi)-fenil]propano
25
Figura 4 -
Estrutura UDMA
25
Figura 5 -
TEGDMA – Trietilenoglicol dimetacrilato
26
Figura 6 -
Silano γ–metacriloxipropiltrimetoxi
26
Figura 7 -
Reação de união do agente de união com a matriz orgânica
29
Figura 8 -
a) Resina composta antes da fotopolimerização b) resina 41
composta fotopolimerizada
Figura 9 -
Ilustração da identação nos corpos-de-prova
43
Figura 10 - a) ensaio de compressão axial, b) ensaio de compressão 44
diametral
Figura 11 - Sistema de aquisição de imagem
46
Figura 12 - Distribuição de partículas de esmalte bovino triturado por 47
doze horas no moinho vibratório
Figura 13 - Distribuição do diâmetro de partículas de esmalte trituradas 48
no moinho de bola
Figura 14 - Resina
experimental
60%-(A),
70%-(B)
e
85%-(C) 49
concentrações de carga. Resinas comerciais Supreme XT(D) e Z-250-(E). Aumento de 5000 para as cinco imagens as
resinas
Figura 15 - Intensidade de absorção das partículas de esmalte sem ɣ- 50
MPS e ɣ-MPS
Figura 16 - Grau de conversão das resinas compostas comerciais e 50
experimentais
Figura 17 - Espectro de absorção da resina experimental
51
Figura 18 - Grau de conversão das resinas compostas comerciais e 52
experimentais
Figura 19 - Teste de microdureza nas resinas compostas
53
Figura 20 - Ensaio de compressão axial nas diferentes resinas 55
compostas.
Figura 21 - Ensaio de compressão diametral nas diferentes resinas 58
compostas
Figura 22 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 59
resina experimental 60% carga em peso
Figura 23 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 59
resina experimental 70% carga em peso
Figura 24 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 60
resina experimental 85% carga em peso
Figura 25 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 60
resina experimental do dente humano
Figura 26 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 60
resina comercial Supreme XT
Figura 27 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza 61
resina comercial Z-250
Figura 28 - Intensidade de fluorescência em escala de cinza das 61
resinas experimentais, comerciais e dente humano
Lista de Tabelas
Tabela 1 -
Características
para seleção
para
aplicação
de
um 20
biomaterial (17) (alterado).
Tabela 2 -
Classificação dos compósitos de acordo com o tamanho 27
médio das partículas
Tabela 3 -
Composição da matriz orgânica da resina
39
Tabela 4 -
Composição da resina composta
40
Tabela 5 -
Grau de conversão das diferentes quantidades de carga
52
Tabela 6 -
Valores médios de compressão axial
55
Tabela 7 -
Compressão diametral
57
Tabela 8 -
Ensaios mecânicos e intensidade de fluorescência
62
Lista de Abreviaturas ou Siglas
BisGMA - bisfenol A-glicidil metacrilato
UDMA - uretanodimetacrilato
TEGDMA – trietilenoglicoldimetacrilato
LED – Light Emission Diode
ADA – American Dental Association
HV – Hardness Vickers
mW – (mili)Watts
µm – micrometros
nm - nanometros
Sumário
1
Introdução ................................................................................ 15
2
Revisão bibliográfica ............................................................... 19
2.1
Biomateriais ....................................................................................... 19
2.2
Materiais Compósitos ........................................................................ 21
2.3
Resina composta ............................................................................... 23
2.3.1 Matriz Orgânica ............................................................................ 24
2.3.2 Partículas de Carga ...................................................................... 26
2.3.3 Agente de União ........................................................................... 28
2.3.4 Sistema Iniciador .......................................................................... 30
2.4
Polimerização em cadeia ................................................................... 31
2.4.1 Cinética de polimerização ............................................................. 32
3
Objetivo .................................................................................... 35
4
Materiais e Métodos ................................................................. 36
4.1
Obtenção das partículas de carga ..................................................... 36
4.2
Caracterização das partículas de carga............................................. 37
4.3
Tratamento superficial ....................................................................... 37
4.4
Matriz de orgânica e fotoiniciador ...................................................... 38
4.5
Preparação da resina experimental ................................................... 39
4.6
Grau de Conversão............................................................................ 41
4.7
Teste de Dureza ................................................................................ 42
4.8
Compressão axial e compressão diametral ....................................... 44
4.9
5
Fluorescência ..................................................................................... 45
Resultados e Discussões ........................................................ 47
5.1
Verificação do diâmetro das partículas de esmalte bovino................. 47
5.2
Avaliação do tratamento superficial .................................................... 49
5.3
Avaliação do Grau de Conversão ....................................................... 51
5.4
Avaliação do teste de dureza ............................................................. 52
5.5
Teste de compressão axial e compressão diametral ......................... 54
5.6
Avaliação da fluorescência ................................................................. 59
6
Conclusão ................................................................................ 63
7
Trabalhos futuros .................................................................... 64
Referências ......................................................................................... 65
Apêndice – Pedido de Patente........................................................... 72
ANEXO – Comitê de Ética .................................................................. 76
15
1 Introdução
O desenvolvimento das resinas compostas utilizadas como material
restaurador estético, tanto em dentes anteriores como posteriores, é um dos maiores
avanços da odontologia estética (1).
Desde a introdução do sistema de monômero de Bis-GMA (bisfenol A-glicidil
metacrilato) no inicio da década de 60 por Bowen (2), as resinas compostas vêm
sofrendo diversas mudanças em sua composição, bem como no sistema de ativação
da reação de polimerização, sempre com o intuito de melhorar suas propriedades
físicas, químicas e mecânicas, aumentando a longevidade das restaurações (3,4). A
adição de partículas de quartzo silanizadas ao Bis-GMA diminuiu radicalmente a
contração de polimerização, expansão térmica e adsorção de água, ao mesmo
tempo em que aumentou o módulo de elasticidade e dureza superficial (5). No
entanto, o desenvolvimento das resinas comerciais sido realizado basicamente na
matriz orgânica, pouco interesse nas partículas de reforço, com exceção do tamanho
das partículas.
Atualmente, no mercado de resinas compostas odontológicas existem
diversos
tipos
disponíveis:
híbridas,
microhíbridas,
micropartículas
e
mais
recentemente as de nanopartículas. A composição desses materiais é basicamente
de uma matriz orgânica, partículas inorgânicas, agente de união (silano), sistema
fotoiniciador, inibidores e pigmentos corantes (6).
O sistema de ativação mais empregado em resinas compostas comerciais é a
canforoquinona, o composto químico denominado fotoiniciador, associado a uma
amina terciária, o co-iniciador que funciona como doador de elétrons. A
concentração desses componentes pode variar de acordo com a necessidade de
otimizar o processo de cura (7).
A fonte de luz atualmente mais empregada para ativação da canforoquinona é
a base de LEDs, com emissão espectral estreita coincidindo com uma região da
banda de absorção do fotoiniciador. Na literatura podem ser encontrados diversos
estudos com sistemas de fotopolimerização a base de LEDs, tais trabalhos foram
realizados para verificar a influência da fotopolimerização nas propriedades dos
materiais compósitos dentários (8,9).
16
A principal diferença encontrada nas resinas comerciais atuais é na
porcentagem de matriz orgânica e partícula de carga. Uma maior quantidade de
matriz orgânica está associada à melhor qualidade estética, mas com inferiores
propriedades físicas e mecânicas, como maior contração de polimerização e menor
dureza. O tamanho da partícula de carga tem principal influência sobre as
propriedades mecânicas, as resinas que apresentam partículas de carga com
maiores diâmetros, apresentam melhores propriedades mecânicas. Atualmente, a
maioria das resinas compostas comerciais apresenta uma diversificação nos
tamanhos de partículas de carga, buscando balancear as propriedades mecânicas e
qualidade estética do material.
A maioria dos materiais compósitos, empregados na odontologia, utiliza
monômeros que são substâncias aromáticas ou diacrilatos alifáticos. O Bis-GMA, o
trietilenoglicoldimetacrilato (TEGDMA) e o uretanodimetacrilato (UDMA), são os
dimetacrilatos mais comuns empregados nos compósitos dentários (10).
A incorporação da carga à matriz resinosa melhora consideravelmente as
suas propriedades, porém isso só ocorre quando as cargas estiverem bem aderidas.
Para que essa adesão principal ocorra com eficácia é necessário utilização do
agente de união ou silano.
O aumento da fração de partículas na resina composta melhora algumas
propriedades como: resistência a compressão, resistência a tração, módulo de
elasticidade e principalmente a resistência a abrasão. Além disso, o aumento da
fração de partículas também propicia menor contração de polimerização, uma vez
que, a contração de polimerização depende somente da porção orgânica do material
(3).
As partículas de carga mais comumente utilizadas em resinas compostas
dentárias são quartzo, zircônia, sílica. O tamanho das partículas pode variar de 0,04
a 100 µm. O diâmetro da partícula vai depender do processo utilizado para obtenção
da mesma. O processo por moagem resulta em partículas com tamanho de grão
variando entre 0,1 a 100 µm. Já para obtenção de partículas com granulação menor
que 0,1 µm, o processo pirolítico ou por precipitação é utilizado, sendo muito comum
para obtenção de partículas de sílica chegando ao tamanho médio de 0,04 µm
(11,12).
A utilização de diferentes distribuições de tamanho médio das partículas de
carga é muito comum, pois utilizando um único tamanho de partículas, mesmo que
17
compactadas, interstícios entre partículas são observados, portanto a utilização de
partículas com tamanho médio menor se faz necessário para que esses espaços
sejam preenchidos. Fatores como grau volumétrico dessas cargas, seu tamanho,
distribuição por tamanho, radiopacidade e sua dureza, influenciam na aplicação
clinica (11).
Além das propriedades físico-químicas serem semelhantes à estrutura dental,
atualmente existe a necessidade dos materiais restauradores apresentarem
semelhanças ópticas aos tecidos dentais no intuito de melhorar o quesito estético.
Os componentes utilizados para melhorar as propriedades ópticas como,
fluorescência e opalescência são terras raras, tais como: európio, cério, itérbio
(13,14).
As resinas comerciais mais empregadas em restaurações possuem
intensidade de fluorescência inferior quando comparado a estrutura dental, o que do
ponto de visto estético desfavorece o emprego de tais resinas em restaurações (15).
Na aplicação clínica atual, o material restaurador empregado para o
preenchimento de uma cavidade preparada é único, ou seja, apresenta as mesmas
propriedades físico-químicas. Existe a exceção no caso da restauração de dentes
anteriores, quando se emprega uma resina com característica mais opaca, na região
central da restauração, e outra mais translúcida no acabamento incisal. No entanto,
considerando as propriedades mecânicas, ainda não existe uma utilização de
materiais com diferentes características na mesma restauração. Em uma cavidade
preparada, o material estará sujeito a diferentes forças e desafios bioquímicos
dependendo de sua posição. O material em contato com a dentina preparada deve
apresentar alta capacidade de adesão à estrutura dental; o material na parte central
da cavidade deve absorver as forças minimizando a transmissão para o
remanescente dental; o material na superfície oclusal deve apresentar dureza,
resistência ao desgaste físico-químico e ser passível de polimento (16).
Com os materiais utilizados para restaurações utilizados atualmente fica difícil
confeccionar uma restauração com diferentes propriedades mecânicas no qual
possa assemelhar a estrutura dental. Existe a necessidade de manipular novos
materiais com características mecânicas distintas em que seja possível combiná-los
para obter restaurações com melhores propriedades e maior semelhança aos tecido
duros dentais.
18
Com essa principal motivação, buscamos desenvolver e viabilizar uma resina
composta dentária, empregando um material biológico como partícula de carga, com
variação de algumas propriedades mecânicas, na busca de um material restaurador
mais semelhante à estrutura dental.
19
2 Revisão bibliográfica
2.1 Biomateriais
A utilização de materiais para substituir partes do corpo humano já vem sendo
descrita desde relatos antigos. Antes de materiais serem sintetizados para utilização
foram encontrados em múmias egípcias órgãos artificiais como olhos, dentes e nariz
(17).
Atualmente, com o aumento da expectativa de vida, as pessoas estão mais
sujeitas aos desgastes decorrentes do envelhecimento, que podem resultar em
ossos frágeis e quebradiços, dentes fraturados e órgãos, como o coração, perdendo
sua funcionalidade. Além dos processos de perdas naturais existem perdas
ocasionadas por acidentes, o que se faz necessário implantes de tecidos ou de
órgãos mutilados, fraturados (18).
Com o desenvolvimento dos materiais sintéticos e técnicas cirúrgicas, surgem
mais tipos de implantes que podem ser utilizados, tais como: válvula do coração,
próteses, dentes a base de cerâmicas, resinas compostas para aplicação dentária.
Estima-se que em 1995 foram utilizados 12 bilhões de dólares em propaganda para
produtos considerados como biomateriais e esse valor cresce de 7 a 12 % ao ano.
Materiais para restauração dentária correspondem por uma parcela significativa,
onde um bilhão de dólares foram investidos em propaganda para implantes de
dentes sendo que esse valor cresce por volta de 18% ao ano e 2 bilhões de dólares
em coroa dental (19).
Para que um determinado material possa ser classificado como biocompatível
se faz necessário o entendimento global das diversas formas de interação do
organismo com o material, dando evidência à interface tecido-material. Uma
definição que pode ser utilizada para definir biocompatibilidade está na capacidade
do material ser compatível física, química e biologicamente com o hospedeiro (18). A
Tabela 1 apresenta características importantes para que o material seja considerado
biomaterial.
20
Tabela 1- Características para seleção para aplicação de um biomaterial (17)
Fatores
Propriedades
do Material:
Parte 1
Descrição
Características químicobiológicas
Características
mecânicas/estrutural
Composição química
Módulo elástico
Características físicas
Compressão
Densidade
Poisson’s
Propriedades
do Material:
Parte 2
Adesão
Função
especifica
(baseado na
aplicação)
Biofuncionalidade
(adesão de célula),
Bioinerte (atóxico
não carcinogênico),
Bioativo,
Bioestável
(resistente a
corrosão, oxidação),
Biodegradação
Topologia da
superfície
(textura e
rugosidade)
Dureza
Forma (sólida,
porosa, pó,
fibras, filme)
Rígido ou Fadiga
Geometria
Coeficiente de
expansão
térmica
Modulo Flexão
Resistência a
brasão
Resistência ao
impacto
Condutividade
elétrica
Cor, estético
Índice de
refração
Opacidade,
Translucidez e
Fluorescência
Processamento e fabricação reprodutibilidade, qualidade, embalagem
Características do hospedeiro tecido, órgão, condição de saúde, sistema imunológico
Procedimento Cirúrgico período de aplicação/uso
Custo
Materiais como polímeros, cerâmicas, compósitos, metais ou combinação
entre esses materiais podem ser utilizados como biomateriais. O avanço que vem
21
ocorrendo na ciência ao longo dos anos possibilita a utilização de biomateriais em
diversas aplicações.
O material mais escolhido para prótese tem sido os materiais cerâmicos, pois
são mais biocompativeis e apresentam estética satisfatória, contudo são materiais
frágeis o que limita a utilização. Os metais apresentam propriedades satisfatórias,
mas existe uma quantidade pequena de metais biocompatíveis. Já os compósitos
poliméricos podem apresentar combinações de seus constituintes e ser utilizado
como material biocompativel, mas a deficiência dos polímeros é apresentar
propriedades mecânicas insatisfatórias, além do mais, devido a presença de
moléculas de monômero residual, existe uma reação imunológica, com edema
resultante (17).
Os polímeros podem ser utilizados para substituição de tecidos duros ou
moles. Em tecidos duros os polímeros são, geralmente, utilizados para restaurações
dentárias, reparação de fratura óssea. Em tecidos moles, os polímeros são, na
maioria das vezes, empregados em implantes de tendões, ligamentos (17).
2.2 Materiais Compósitos
Os materiais compósitos podem ser definidos como a composição de dois ou
mais componentes com uma interface bem definida. Certo cuidado tem que ser
tomado com tal conceito, pois engloba um número grande de materiais, comumente
não chamado de compósitos, tais com ligas metálicas (18).
A combinação de dois ou mais componentes para a formação dos compósitos
tem como objetivo combinar as propriedades distintas no intuito de formar um
material com propriedade igual ou superior aos componentes individuais. Outro fator
que deve ser levado em conta na construção de compósitos é que com a
combinação dos componentes individuais forma-se um produto que podea ser
economicamente viável (18,20).
As partículas de carga utilizadas como enchimento, em materiais compósitos,
visam melhores propriedades mecânicas, principalmente aumentando o módulo de
22
elasticidade (tração e flexão) e a resistência mecânica. Tal incorporação confere aos
materiais baixos coeficientes de expansão térmica, maior resistência a corrosão,
resistência a fadiga entre outras propriedades (21).
Os materiais compósitos são formados mediante ao uso de diferentes tipos de
reforços (22). Nesses materiais a mistura ou dispersão dos componentes ocorre a
nível molecular. As propriedades finais de um material compósito são determinadas
predominantemente em função da natureza da interface entre as fases orgânicainorgânica, com a seguinte classificação:
Classe 1 – os componentes orgânicos e inorgânicos estão homogeneamente
dispersos, ocorrendo apenas ligações fracas entre as fases, ligações de hidrogênio
e Van der Waals, e interações hidrofílicas e hidrofóbicas;
Classe 2 – os componentes orgânicos e inorgânicos estão fortemente ligados
através de ligações químicas covalentes (22).
Três grupos principais podem ser utilizados para classificar materiais
compósitos: compósitos reforçados com partículas, reforçados com fibras e
estruturais; dentro dessa divisão existem subdivisões para cada grupo. A Figura 1
apresenta a classificação dos compósitos (23).
Compósitos
Reforçado com partículas
Partículas
Grandes
Reforçado
por dispersão
Reforçado com fibras
Contínuas
(alinhadas)
Estrutural
Descontínuas
(curtas)
Orientadas
Laminados
Aleatória
Figura 1 - Esquema de classificação de materiais compósitos (23).
Painéis
23
A diferença entre as subdivisões compósitos de partículas grandes e
reforçado por dispersão está no mecanismo de interação matriz-partícula. O
compósito de partícula “grande” refere que as interações partícula-matriz que não
podem ser tratadas nos níveis moleculares, ou seja, as interações são descritas pela
mecânica clássica. Em geral, as partículas são mais duras e rígidas do que a matriz
e tensão aplicada é transferida às partículas. A melhora nos comportamentos
mecânicos, de compósitos reforçados com partículas “grandes”, depende da forte
ligação na interface matriz-partícula.
Nos compósitos que são reforçados por dispersão, os diâmetros das
partículas variam entre 10 a 100 nm, em geral, o processo que leva o aumento da
resistência sucede em nível atômico ou molecular na interação matriz-partícula. Nos
compósitos reforçado por dispersão a matriz absorve a maior parte do impacto
enquanto as cargas tem o papel de evitar a propagação das discordâncias (23).
2.3
Resina composta
Os componentes estruturais de uma resina composta dental podem ser
divididos em cinco partes, dos quais são: a matriz que é um material plástico
resinoso que forma uma fase contínua e se une a partículas de carga; carga são
partículas de reforço e/ou fibras que se encontram dispersas na matriz; agente de
união é responsável em promover a adesão entre a carga e a matriz resinosa;
sistema iniciador composto por foto-iniciador e co-iniciador são responsáveis por dar
inicio a formação de radicais livres e pigmentos proporcionam a reprodução da cor o
que resulta em uma aparência mais semelhante a estrutura dental.
24
2.3.1 Matriz Orgânica
A matriz orgânica da resina composta dentária é um complexo resinoso
constituído de monômeros acrilatos aromáticos ou alifáticos tais como: Bis-GMA,
BisEMA, TEGDMA e UDMA. A concentração em peso de cada monômero varia para
cada resina. A resina comercial Supreme XTTM (3M ESPE), por exemplo, utiliza BisGMA, BisEMA e TEGDMA (24).
O monômero Bis-GMA, é o monômero mais utilizado em resinas compostas
dentárias e caracteriza-se por ser uma molécula longa e rígida. A contração de
polimerização é menor quando comparado com as resinas acrílicas, também
empregadas na odontologia, essa contração menor ocorre devido ao extenso
comprimento da cadeia molecular e à estrutura aromática no centro da molécula que
confere rigidez ao monômero.
Uma maior reatividade no monômero Bis-GMA ocorre por ser um monômero
bifuncional com longa separação entre os grupamentos reativos vinílicos presentes,
em ambas as extremidades. Por sua vez, o grupo hidroxila promove ligações
intermoleculares de hidrogênio (24,25). A Figura 2 mostra a estrutura química do
monômero Bis-GMA.
Figura 2 - Estrutura química do monômero Bis-GMA.
Entretanto, o Bis-GMA apresenta alta viscosidade e sorção de água,
conseqüência das ligações intermoleculares de hidrogênio devido a presença de
grupos hidroxila (OH). A utilização de diluentes torna-se necessária a fim de permitir
a incorporação de uma quantidade elevada de carga. Contudo, quanto menor a
massa molar, maior a contração de polimerização ocasionando uma fenda entre a
parede da cavidade dentária e o material restaurador (26,27). O peso molecular do
Bis-GMA é 512 g/mol e viscosidade de 1200 Pa.s.
A estrutura BisEMA (bisfenol A dimetacrilato etoxilado) é outro monômero
bifuncional como a estrutura Bis-GMA, possuindo os anéis benzênicos no centro da
25
molécula, o que proporciona rigidez à cadeia. A modificação feita no Bis-GMA para
obtenção do BisEMA ocorre através da substituição dos grupos hidroxila por um
átomo de hidrogênio. Com essa substituição a viscosidade do BisEMA diminui e a
estrutura BisEMA tem mais mobilidade entre as cadeias quando comparado com o
Bis-GMA (24).
O peso molecular do BisEMA é 540 g/mol e viscosidade 0,9 Pa.s. A Figura 3
mostra a estrutura do BisEMA.
Figura 3 - BisEMA – 2,2-Bis[4-(2-metacriloiloxietoxi)-fenil]propano.
Outra combinação de dimetacrilatos são dimetacrilatos de uretana alifáticas
(UDMA) que foram desenvolvidos inicialmente para apresentar viscosidades mais
baixas. Tais monômeros podem ser descritos por uma cadeia principal contendo um
ou mais grupos de uretana e dois grupos metacrilatos nas extremidades como pode
ser observado na Figura 4. A vantagem do dimetacrilato de uretana é a sua menor
viscosidade, o que possibilita a inclusão de uma porcentagem maior de carga
inorgânica, sem a necessidade de adicionar diluentes de baixa massa molar.
Entretanto os dimetacrilatos de uretana sofrem uma contração de polimerização
elevada (6).
Figura 4 - Estrutura UDMA.
Para reduzir a alta viscosidade do material, monômeros conhecidos como
monômeros diluentes são acrescentados na formulação. Esses monômeros
reduzem a viscosidade do material o que facilita uma mistura mais homogênea com
os constituintes inorgânicos, possibilitando também uma manipulação clínica mais
fácil (28).
Os diluentes possuem baixa massa molar, o mais encontrado na formulação
de resinas compostas dentárias é o TEGDMA (tritilenoglicol), apresentado na Figura
26
5. O peso molecular do TEGDMA é 286,3 g/mol e viscosidade de 1,1. 10-2 Pa.s. O
monômero é bifuncional, apresentando dois grupos metacrilatos reativos nas
extremidades da molécula, o que aumenta a eficiência de polimerização mas se
adicionado em excesso aumenta a contração de polimerização. Contudo, ocorre um
aumento de ligações cruzadas dificultando a sorção de água (29)
Figura 5 - TEGDMA – Trietilenoglicol dimetacrilato.
2.3.2 Partículas de Carga
A incorporação de partículas inorgânicas na matriz orgânica, em geral,
proporciona melhoria nas propriedades mecânicas, tais como: resistência a abrasão,
módulo de elasticidade, resistência a compressão e dureza superficial, tais
propriedades relacionadas com a morfologia das partículas (30).
Além das propriedades mecânicas, as propriedades ópticas, térmicas e
reológicas são influenciadas pelo tamanho e quantidade de partículas. O tamanho e
quantidade das partículas tem influência direta na viscosidade, na facilidade de
manuseio e acabamento superficial que contribui para um resultado estético
satisfatório, reduz a contração de polimerização, coeficiente de expansão térmica
(31).
As resinas compostas podem ser classificadas de acordo com o tamanho médio
de partículas incorporadas na matriz. Na Tabela 2 pode-se verificar a classificação
das resinas compostas para uso odontológico (32).
27
Tabela 2 - Classificação dos compósitos de acordo com o tamanho médio das partículas
Categoria
Tamanho médio
Macropartículas
Acima de 15 µm
Intermediária média
5 a 15 µm
Intermediária pequena
1 a 5 µm
Micropartículas
0,01 a 0,1 µm
Nanopartículas
1 a 100 nm
As nanopartículas foram incorporadas, recentemente, nas formulações de
diversas resinas comerciais com a finalidade de modificar ou influenciar as
propriedades do material. Esse fato pode ser explicado pelo aumento da área
superficial específica, pois com o aumento da área superficial aumenta a interação
entre a matriz e as partículas (3,31). Nessa nova classe de material ocorre a
formação de dois tipos de carga de nanopartículas: as partículas nanoméricas se
aglomeram formando aglomerados denominados nanocluster e as partículas
nanométricas monodispersas não-aglomeradas e não-agregadas (4).
Propriedades ópticas das resinas composta podem melhorar com a inclusão
de partículas com tamanhos pequenos (nanopartículas), pois o diâmetro das
partículas é uma fração dos comprimentos de onda da luz no visível (400 a 800 nm),
fração essa que os olhos humanos não podem detectar (3).
O mascaramento das restaurações depende das condições da luz ambiente.
A predominância da luz UV no ambiente pode expor as restaurações estéticas feitas
com materiais compósitos com fluorescência diferente apresentada pela estrutura do
dente. Dessa maneira, as restaurações podem apresentar-se como claro ou escuro
em comparação com a estrutural dental adjacente. A fluorescência contribui para o
brilho e proporciona uma aparência semelhante à estrutura do dente.
Os componentes da resina composta não apresentam fluorescência na região
de maior emissão dos tecidos duros dentais, região verde do espectro
eletromagnético, quando expostos a radiação UV. Para obter fluorescência similar a
estrutura do dente faz-se necessário a incorporação de elementos luminescente tais
como: európio, cério, itérbio (terras raras) (15).
28
2.3.3 Agente de União
Para que ocorra a união da carga com a matriz orgânica é necessária a
utilização de um agente de união. A matriz de resina que é uma estrutura orgânica
não apresenta afinidade química com a fase inorgânica, partículas de carga utilizada
para composição da resina composta.
O agente de união é utilizado para melhorar as propriedades físicas,
mecânicas e produzir uma melhor estabilidade hidrolítica evitando que a água
penetre entre a interface carga/matriz de resina (33,34), essa estabilidade é devido
ao o aumento das ligações cruzadas da matriz de resina com a carga proporcionada
pelo agente de união (35,36).
Embora titanatos e zirconatos possam ser utilizados como agente de união, os
organosilanos – como o γ–metacriloxipropiltrimetoxi (Figura 6), são empregados
mais comumente em partículas de carga para resina composta (37). Em seu estado
hidrolisado, o silano contém grupos silânicos que podem aderir aos silanóis na
superfície das cargas através da formação de uma adesão silânica (Si-O-Si). Os
grupos metacrilatos dos compostos organosilanos formam uma união covalente com
a resina quando ela é polimerizada, completando, assim, o processo de união
(Figura 7) (35,38).
Figura 6 - Silano γ–metacriloxipropiltrimetoxi
29
Figura 7 - Reação de união do agente de união com a matriz orgânica
Na Figura 7 (A) pode-se verificar que as moléculas de silano hidrolisadas
aproximam-se do grupo OH da superfície de sílica. No instante que isto ocorre,
ligações de hidrogênio se desenvolvem entre o grupo de silanol e uma OH
pertencente ao grupo da superfície da sílica. O grupo cabonil do silano forma uma
ligação com o hidrogênio do grupo OH isolado da superfície da sílica. Na Figura 7
(B) pode-se visualizar a interação entre o grupo silanol do silano e do grupo OH da
sílica resultando em uma reação por condensação. Esta reação resulta uma
formação de ligação covalente entre as moléculas de silano e a superfície da sílica
durante a liberação de uma molécula de água.
As ligações de hidrogênio
30
remanescentes orientam as moléculas de silano paralelamente à superfície da sílica.
No compósito, contudo, a carga é coberta com várias camadas de silano, fazendo a
interface mais complexa do que a representada na Figura 7 (39).
2.3.4 Sistema Iniciador
O fotoiniciador é uma molécula geralmente orgânica, empregada sozinha ou
em um sistema químico envolvendo duas ou mais moléculas que absorve luz
formando espécies reativas para etapa de iniciação da polimerização. As espécies
reativas podem ser, por exemplo, radicais livres, cátions ou espécies iônicas. Um
elemento que participa na produção de espécie reativa, porém não absorve luz, é o
co-iniciador.
Para
desempenhar
um
processo
reacional
eficaz
as
propriedades
fotoquímicas e fotofísicas são extremamente importantes e, devem apresentar
algumas características fundamentais, tais como: alta absorção, alto rendimento
quântico de formação de radical livre, solúvel no meio reacional, ter baixa
degradação química antes e após a reação, ser inodoro, não provocar
amarelamento, ser atóxico, de fácil manipulação (40).
Os radicais livres que são gerados pelos fotoiniciadores são classificados pelo
mecanismo no qual são formados os radicais, divididos em Tipo I e Tipo II.
O processo no qual após absorção de luz são formados radicais por
fragmentação da molécula é classificado como Tipo I. O fotoiniciador dessa classe é
responsável direto por espécie ativa que irá iniciar a polimerização, em um processo
unimolecular (41).
Para os fotoiniciadores do Tipo II, ocorre a absorção dos fótons e no estado
excitado ocorre uma interação com outra molécula, doadora ou aceptora de elétrons,
para que a espécie ativa seja obtida. A molécula doadora é denominada de coiniciador.
31
As propriedades que os co-iniciadores devem apresentar são: um alto
potencial de oxiredução, alta reatividade na adição do radical à dupla ligação, não
absorver luz no mesmo comprimento de onda da irradiação do fotoiniciador e não
reagir e/ou interagir com o fotoiniciador e com os monômeros no estado fundamental
(40).
O iniciador de Tipo II, comumente reage a partir do estado tripleto, estado de
mais baixa energia, e sua eficiência depende do cruzamento intersistemas (40).
As aminas terciárias são comumente utilizadas na formulação para cura
usando luz UV quando usados fotoiniciadores do Tipo II.
2.4
Polimerização em cadeia
Os tipos de polimerização em cadeia são: radicular, catiônica, aniônica, por
coordenação e aniônica por coordenação. A classificação é feita em função da
natureza da espécie que se propaga (40,42,43). Os processos de crescimento das
cadeias ocorrem de forma muito rápida nos quais são obtidos polímeros de alta
massa molar, essas características podem ser encontradas na polimerização por
crescimento em cadeia.
A diferença entre a polimerização de crescimento por etapa e crescimento por
cadeia está que no primeiro o aumento da massa molar ocorre durante todo o tempo
de reação enquanto que no segundo ocorre uma mistura de polímeros e monômeros
(40,42,43).
Existem dois tipos básicos de reações de fotopolimerização: reações de
fotoentrelaçamento, no qual a formação de ligações cruzadas entre os polímeros é
motivada pela irradiação, resultando em materiais de maior massa molecular, e
polimerização em cadeia fotoiniciadas, processo esse facilmente encontrado nas
resinas compostas dentárias. A polimerização em cadeia fotoiniciada pode ser divido
em três estágios: iniciação, propagação da cadeia e terminação da cadeia
(40,42,43).
32
2.4.1 Cinética de polimerização
Nos compósitos odontológicos a polimerização ativada por luz visível se
processa por uma reação de adição exotérmica do tipo vinílica desencadeada via
radicais livres e gera a formação de uma rede tridimensional através de ligações
cruzadas intermoleculares. A abertura das duplas ligações de carbono e seguida
ligações de moléculas para formar cadeias poliméricas é chamado de polimerização
vinílica (40).
Na iniciação da reação ocorre a geração de radicais livres que reagem com o
monômero formando um novo radical. Na fotoiniciação acontecem processos que
podem ser divididos em unimoleculares, ocorre a formação de radicais livres
envolvendo apenas o fotoiniciador, e bimoleculares, onde a produção de radicais
livres é da interação entre uma molécula excitada e uma molécula no estado
fundamental, tais processos podem advir em poucas etapas ou serem muito
complexos (44).
A iniciação da reação de polimerização pode ser representada por:
C+h*ν .
(1)
= []
(2)
. + → .
(3)
= [][
. ]
(4)
Onde C é o fotoiniciador, Kd coeficiente de absorção do fotoinciador, Rd taxa
de absorção do fotoiniciador, R• radical livre, M monômero, M• radical primário, Ki
coeficiente de iniciação de polimerização e Ri taxa de iniciação de polimerização.
33
A absorção de fótons incidentes nas resinas compostas dentárias, em regra,
ocorre na canforoquinona (α dicetona). O pico de maior absorção da canforoquinona
ocorre em 470 nm (45).
Após a absorção dos fótons, a canforoquinona que se encontra no estado
tripleto interage com a amina terciária alifática que se encontra no estado
fundamental. Dois radicais livres resulta da interação, o radical amino e o radical
cetila (29). Dos radicais resultantes, somente o radical amino é reativo, pois possui
um elétron desemparelhado na camada de valência, no carbono secundário se
adiciona a uma dupla ligação de um monômero, constituindo um radical iniciador. O
radical derivado da canforoquinona, radical cetila, é inativo, pois se liga a outro
radical ou a uma cadeia em propagação, podendo assim levar a terminação da
cadeia.
A etapa de propagação, representado em 5 e 6, é o crescimento do M• por
consecutivas moléculas de monômeros M.
.
. + (5)
= [. ][]
(6)
Onde M•n radical cadeia, n número de monômeros que forma a cadeia, Kp
coeficiente de propagação e Rd taxa de propagação.
O processo de terminação ocorre por dois processos, recombinação de dois
macrorradicais ou por desproporcionamento. O processo de dois macrorradicais
pode ser entendido quando duas cadeias longas se combinam resultando uma
cadeia maior. O processo em que dois macrorradicais formam dois polímeros inertes
é chamado de macrorradicais por desproporcinamento, onde um polímero fica com
ligação insaturada e outro com ligação saturada (45).
Os processos podem ser representados das seguintes formas:
.
. + → .
. + + (7)
(8)
34
Onde Kr e Kd são as constante de velocidade para terminação por
recombinação e desproporcionamento.
Quando ocorre a formação do polímero, a união de vários monômeros pode
ser entendida como um macrorradical disposto em cadeia linear e/ou ligados por
ligações cruzadas, na qual um elétron desemparelhado na sua camada de valência
forma ligações com outras moléculas no intuito de tornarem estáveis. Na medida em
que ocorre a polimerização, as cadeias vão se tornando mais emaranhadas.
Nas resinas compostas em que a matriz orgânica é composta por BisGMA, a
estrutura vai ficando mais rígida durante a polimerização implicando que o
monômero BisGMA fica impossibilitado de mover e expor suas duplas ligações
impedindo assim que a reação ocorra, esse impedimento é chamado de
impedimento estéreo. Para contornar essa situação faz-se o uso do diluente
TEGDMA, que é um monômero mais maleável possibilitando o dobramento e
conseqüentemente podendo ter mais reação (44).
Na polimerização de monômeros multifuncionais a base de dimetacrilatos a
cinética de reação é um processo complexo, nos quais fatores como concentração
de fotoiniciador, taxa de produção de radicais, concentração de monômeros,
irradiação, tempo de exposição, partículas de carga nos diferentes tamanhos e
formas, opacidade e cor, influenciam no processo. Porém possuem características
próprias tais como: autoaceleração, autodesacelaração, ciclização, aprisionamento
de radicais e conversão final limitada (46-48).
35
3 Objetivo
O objetivo desse trabalho foi confeccionar e caracterizar uma resina composta
para uso odontológico utilizando partículas de esmalte bovino como carga de
reforço. O trabalho foi realizado em três etapas, a primeira etapa consistiu na
obtenção das partículas de esmalte bovino, a segunda etapa foi a confecção das
resinas experimentais e por ultimo foi realizado a caracterização das resinas
experimentais comparando com resinas comerciais.
36
4 Materiais e Métodos
4.1 Obtenção das partículas de carga
As partículas de carga foram obtidas a partir de esmalte bovino, extraído de
250 dentes incisivos em boas condições.
É sabido que o dente é constituído por esmalte e dentina, porém neste estudo
realizado a dentina não foi utilizada, pois 40% de sua constituição é composta por
parte orgânica, outro fator considerado foi que morfologicamente a dentina e o
esmalte são distintos. O esmalte apresenta em sua constituição 2% de parte
orgânica [15,16].
A separação do esmalte e da dentina foi realizada através do seguinte
procedimento: os dentes foram colocados sobre uma chapa de cerâmica a uma
temperatura de 300ºC. Nessa temperatura o esmalte se separa da dentina ficando
fácil de removê-lo. Nenhuma mudança na estrutura cristalina do esmalte ocorre
quando é submetido a essa temperatura, pois a primeira transição de fase no
esmalte ocorre a 350ºC (49), já na dentina a primeira transição de fase ocorre a
60ºC.
Todos os fragmentos de esmalte separados passaram por uma verificação
visual no intuito de averiguar se algum resquício de dentina ficou aderido no
esmalte. Se fossem encontrados fragmentos de dentina nos pedaços de esmaltes,
estes foram tirados com disco diamantado acoplado a um motor de mão em baixa
rotação.
Depois de separados, o esmalte foi triturado em pistilo de ágata a fim de
obtermos seus fragmentos. O tamanho de partícula que foi possível obter utilizando
o pistilo de ágata é da ordem de 3,8 mícrons (µm).
Os fragmentos de esmalte obtidos do pistilo foram inseridos em uma garrafa
contendo esferas de zircônia de um milímetro (mm) de diâmetro. A garrafa foi
37
colocada no moinho de vibratório, que ficou ligado por até 24 horas e por choque
mecânico entre as bolas de zircônia e os fragmentos de esmalte.
4.2 Caracterização das partículas de carga
Após 12 e 24 horas no moinho vibratório foram utilizadas duas técnicas para
caracterizar a forma das partículas e o diâmetro, fundamentais para o calculo da
área superficial das partículas de carga.
Para a medida do diâmetro utilizou-se o equipamento comercial Bi-FOQELS,
Brookhaven Instruments Corporation, com intervalo de medida de tamanho de 0,002
a 2 µm, possibilitando obter uma distribuição das médias do diâmetro das partículas.
Após moagem no moinho vibratório as partículas de carga foram inseridas em
ependorfes contendo álcool etílico na proporção 1 para 1/4 de partículas de esmalte
bovino em peso. Em seguida foi inserido no ultrassom por 10 minutos. Após o
término, a solução foi imediatamente inserida em uma cubeta e a medida foi
realizada.
Foi realizada microscopia eletrônica de varredura MEV para verificar a forma
e diâmetro das partículas o equipamento utilizado foi DSM 960 (Zeiss, Jena,
Alemanha).
4.3 Tratamento superficial
O processo de silanização que foi realizado nesse trabalho foi baseado no
trabalho de Jong-Hyuk Lee e colaboradores (31). Para obtenção de uma boa
silanização é necessário adicionar a quantidade correta de silano que depende da
quantidade de carga a ser utilizada, ou seja, da área superficial da carga em uso. A
quantidade de silano foi determinada utilizando a equação (9):
38
=
!
"
(9)
Onde:
f – quantidade de partículas a ser silanizadas em gramas (g).
A – área superficial da partícula m²/g das partículas.
W – superfície de “molhamento” do silano, nesse trabalho foi utilizado o MPS=
315 m²/g.
X – quantidade de agente de união em gramas a ser adicionado, necessário
para obter uma boa silanização.
As quantidades finais estabelecidas foram: para 6 g de partícula de carga,
adicionou-se em um béquer, setenta mililitros de água destilada e 30 ml de etanol
(Aldrich, Alemanha). Em seguida o agente de união, γ–metacriloxipropiltrimetoxi foi
adicionado de acordo com os tamanhos das partículas obtidos. Para manter o pH da
solução entre 5 e 6 foi adicionado 25 ml de ácido acético.
Em seguida a solução foi homogeneizada em um misturador fabricado na
oficina mecânica no IFSC/USP, com velocidade de 5000 rotações por minuto (rpm).
A solução permaneceu no misturador por uma hora, e nesse intervalo de tempo a
quantidade de carga foi sendo adicionada a um intervalo de quinze minutos. Depois
de finalizada a adição da carga, o misturador permaneceu ligado por mais uma hora
totalizando duas horas de mistura.
A solução foi colocada em uma centrífuga a 3600 rpm por três minutos com a
finalidade de separar a solução líquida da carga. Em seguida a carga foi mantida em
um a freezer a -80 °C por 24 horas, após esse tempo a solução foi tirada do freezer,
e inserida na estufa a 120ºC por duas horas para secar e completar a reação (31).
4.4 Matriz de orgânica e fotoiniciador
A formulação da composição da matriz de resina foi baseada em elementos
bem estabelecidos na literatura para a confecção da mesma (25,50). Os
39
componentes
utilizados
podem
ser
encontrados
em
resinas
compostas
odontológicas comerciais com a mesma matriz orgânica.
Na Tabela 3 apresentamos os componentes e quantidades utilizados, todos
os componentes são da Sigma Aldrich, Alemanha.
Tabela 3 - Composição da matriz orgânica da resina.
Bis-GMA
Porcentagem
em
massa (%)
60
TEGDMA
30
1,2
1,1
UEDMA
10
0,4
0,36
Componentes
Massa
(g)
Volume
(ml)
2,4
2,06
Os monômeros foram inseridos em um pote preto e misturado a 2000 rpm por
trinta minutos para homogeneizar a mistura. Em seguida foram acrescentados os
componentes de fotoativação: canforoquinona e amina 1,5% em peso e misturados
a 2000 rpm por quinze minutos. A matriz de resina foi colocada na estufa a 37ºC
para que as bolhas de ar ocasionadas pela movimentação da hélice em alta rotação
fossem expelidas.
Foi necessário colocar uma tampa no pote preto depois de inserido os
componentes de fotoativação protegendo assim a matriz orgânica para que não
houvesse cura devido à exposição à luz ambiente.
4.5 Preparação da resina experimental
A partir das partículas de esmalte bovino silanizadas e da matriz de resina, a
resina composta proposta foi confeccionada.
Na Figura 8 apresentamos a resina composta antes de fotocura (a) e após a
fotocura (b), a resina contém 70 % de carga.
40
A resina composta foi confeccionada com 60, 70 e 85% em peso de carga,
onde dessa porcentagem 80% em peso corresponde a cargas com distribuição de
tamanho médio de micrômetro e os outros 20% de cargas com tamanho médio de
nanômetros. A variação da proporção carga/matriz foi necessária para que fossem
testadas diversas composições e suas propriedades físicas, foi testada resina
composta com 100 % de partículas de carga com distribuição nanométrica e
variações de 100 % com micrométrica. Variações entre essas composições foram
realizadas, na Tabela 4 são apresentados as composições testadas.
Tabela 4 - Composição da resina composta
Porcentagem
de carga na
resina
composta (%)
85
70
60
Quantidade
de carga em
peso (g)
Distribuição
do tamanho
médio das
partículas em
peso (µm) e
(nm)
Porcentagem
em peso das
partículas (%)
Quantidade
de matriz de
resina em
peso (g)
3,4
2,8
2,4
2,72 e 0,68
2,24 e 0,56
1,92 e 0,48
80 e 20
80 e 20
80 e 20
0,6
1,2
1,6
Os corpos-de-prova foram confeccionados em uma matriz metálica nas
seguintes dimensões: 1 milímetro de espessura e 5 milímetros de diâmetro, para os
testes de dureza e grau de conversão (Figura 8).
A matriz foi colocada sobre uma placa de vidro, e duas fitas de poliéster foram
posicionadas no topo e na base para as superfícies ficassem lisas. Uma fita foi
utilizada entre a superfície de vidro e a matriz metálica a outra sobre a matriz e um
bloco metálico de 500 g foi utilizado para deixar as superfícies planas.
Para fotopolimerizar a resina composta utilizou-se uma fonte de luz a LED
(Diodo Emissor de Luz) com comprimento de onda centrado em 470 nm região
espectral dentro da banda de maior de absorção da canforoquinona (51,52). A
intensidade do equipamento é variável podendo chegar a 1000 mW/cm². O sistema
foi desenvolvido no Laboratório de Apoio Tecnológico (LAT) do IFSC/USP. A
fotopolimerização de cada camada de 1 mm de espessura foi realizada com
intensidade
luminosa
de
1000
mW/cm2
por
60
segundos,
convencionalmente empregados para a cura das resinas comerciais.
parâmetros
41
Figura 8 - a) Resina composta antes da fotopolimerização b) resina composta fotopolimerizada
Para todos os testes realizados foram utilizadas duas resinas comerciais
Filtek Z-250™ e Filtek Supreme XT™ para esmalte (3M ESPE) ambas na cor A2,
para comparação com a resina experimental.
4.6 Grau de Conversão
Para cada concentração de carga 60, 70 e 85 % em peso e as resinas
comerciais, cinco corpos-de-prova foram confeccionados e armazenados em
ambiente seco e sem exposição de luz por 24 horas antes das medidas.
O grau de conversão foi calculado pelo percentual de ligações duplas de
carbono utilizadas na reação de polimerização. Para compósitos à base de BisGMA
é de 50 a 60%. Isso não implica necessariamente que 40 a 50% de moléculas de
monômeros sejam deixadas na resina, porque um ou dois grupo metacrilato por
moléculas de dimetacrilato podem ter reagido e ficando com ligações covalentes
ligados na resina (53).
Nesse trabalho foi utilizado o espectrofotômetro FTIR-640 (VARIAN) para
determinar os picos de intensidade de absorção para o calculo do grau de
conversão. Foi acoplado um ATR (Atenuação por Reflexão Total), observando as
áreas nas regiões de 1637 cm-1 (ligação dupla alifática) e 1608 cm-1 (ligação dupla
do grupo aromático C=C) do polímero com Lina de base fixada no software do
equipamento, sendo possível verificar e calcular a porcentagem do grau de
42
conversão para os corpos-de-prova de resina composta (54). O grau de conversão
(GC%) correspondente foi calculado pela equação 10.



%GC = 1 −



I pico 1637

c 
I pico 1608 
.100
I pico 1637 

nc
I pico 1608 
(10)
Onde I é a intensidade, c: intensidade da resina curada, nc: intensidade da resina não curada.
A aquisição do espectro foi realizada 24 horas depois da resina composta ter
sido fotopolimerizada para cada corpo-de-prova. A partir do espectro obtido foi
realizado o calculo do grau de conversão de cada corpo-de-prova. O resultado
apresentado é o valor médio das cinco amostras.
Medidas de intensidade de absorção foram realizadas de topo dos corpos-deprova e na superfície de base, isso só foi possível com a utilização do ATR.
A espectroscopia por infravermelho, FTIR, permitiu verificar se o agente de
união, ɣ-MPS, estava se aderindo as partículas. Como temos uma distribuição de
tamanho médio de partículas e a equação 1, para o cálculo da quantidade de silano,
leva em conta apenas um valor fixo de diâmetro e não uma distribuição, então
diferentes quantidades de ɣ-MPS foram testadas para verificar como o agente de
união estava se aderindo as partículas observando as suas bandas de absorção de
1250-1175 cm-1 (55).
4.7 Teste de Dureza
As medidas de dureza Vickers, foram realizadas após 24 horas da
fotopolimerização dos corpos-de-prova. O corpo-de-prova foi dividido em 4
quadrantes, com o objetivo de orientar a localização das impressões no momento do
teste de dureza. As medidas foram realizadas no topo e na base (superfície oposta à
fonte de luz) dos corpos-de-prova. Para cada concentração de carga da resina
43
experimental e cada resina composta comercial, cinco corpos-de-prova foram
confeccionados.
Os corpos-de-prova foram avaliados no aparelho de dureza Leica VMHT Mot
(Alemanha), com carga de 50 gf por 30 segundos. Foi realizada uma identação em
cada quadrante nas respectivas superfícies avaliadas dos corpos-de-prova, sendo
no total 4 impressões por superfície analisada como na Figura 9 (52).
Figura 9 - Ilustração da identação nos corpos-de-prova
Para a determinação dos valores de dureza foram medidas as duas diagonais
(d1 e d2) da impressão em micrometros (µm), e a partir desses valores, o aparelho
de dureza fornece o valor em dureza Vickers HV que é dado por (52):
#$ =
%
!
=
&.%.'(
,
)*+°
,
= 1,845.
%
,
(11)
Onde: F é a força aplicada e d a média das duas diagonais
O valor de dureza foi calculado para cada impressão e a média de dureza é
apresentada para topo e base de cada resina.
44
4.8 Compressão axial e compressão diametral
Foram realizados ensaios de compressão e compressão diametral. Os corposde-prova
prova foram confeccionados com 4 mm de diâmetro e 6 mm de altura de acordo
com a especificação ISO 4049 e ANSI/ADA número 27, (56).. A resina foi inserida em
um molde metálico e fotopolimerizadas com incrementos de 1 mm de espessura,
espes
aferido com paquímetro.
Foram confeccionados 5 corpos-de-prova
corpos
prova para cada resina composta nas
diferentes concentrações de carga e resinas composta comerciais.
Os corpos-de-prova foram prensado
prensad em uma máquina de ensaios universal
Instron 5500R com capacidade
idade máxima de carga de 25000 kgf
kgf com velocidade
constante de prensagem
nsagem de 1 mm/min.
O calculo da tensão máxima de resistência a fratura de ensaios de compressão
diametral é dado pela equação 12.
σ=
&3
456
(12)
Onde: F é a força máxima obtida (N), d é o diâmetro (mm) e h é a altura (mm).
Para os testes de compressão axial e diametral foram confeccionados cinco
corpos-de-prova
prova para cada concentração da resina experimental e resinas
comerciais. A média dos cinco ensaios para cada situação
situação é apresentada. Na Figura
10 apresentamos uma ilustração de como foi realizado o ensaio de compressão
axial e compressão diametral.
Figura 10 - a) ensaio de compressão axial, b) ensaio de compressão diametral
45
4.9 Fluorescência
Para a realização do teste de fluorescência foram selecionados 5 caninos
superiores humanos hígidos e recentemente extraídos por razões periodontais
obtidos do banco de dentes da Faculdade de Odontologia de Araraquara-FOArUNESP. Previamente às medidas de fluorescência, os dentes foram limpos com
pedra pomes e água e permaneceram armazenados em água destilada até a
obtenção das medidas de fluorescência para evitar desidratação.
A avaliação de fluorescência foi de forma comparativa entre resinas
odontológicas comerciais, dente humano e a resina composta experimental
proposta.
Para realizar o teste de fluorescência foi utilizado o sistema apresentado na
Figura 11, composto por uma câmera de CCD (Pixel Fly), quatro LEDs com banda
de emissão ao redor de 400 nm, um filtro óptico passa-alta em 475 nm (Schott) para
barrar a luz retro-espalhada e um computador para realizar a aquisição das
imagens. Dezesseis imagens foram obtidas para cada situação, para diminuir o
ruído (57). As imagens de fluorescência foram transformadas em escala de cinza,
empregando o software matemático, Matlab, no qual foi possível distinguir de forma
qualitativa a intensidade de fluorescência das amostras em estudo.
Foram executados preparo cavitários na forma de “U” localizados no terço
cervical da face vestibular dos caninos superiores, com ângulo cavo-superficial
gengival localizado na junção amelo-cementária, tendo 2 mm de profundidade e
extensão mésio-distal correspondendo ao tamanho da face vestibular onde estavam
localizados. Para a realização dos preparos foi utilizada fresa carbide número 245
(KG Sorensen) montada em peça de alta rotação (Extra Torque 605-Kavo). O
preparo cavitário foi realizado refrigeração sempre abundante. A padronização das
medidas dos preparos foi aferida por meio de paquímetro.
Anteriormente aos procedimentos restauradores foi realizado a limpeza da
cavidade com solução de digluconato de clorexidina a 0,2% com a finalidade de
eliminar detritos e impurezas decorrentes da manipulação e preparo das cavidades.
Na seqüência, foram realizados os procedimentos restauradores da seguinte forma:
46
1) Aplicação do ácido na forma de gel, durante 15 segundos, sendo 15 s no
esmalte e 10 s na dentina;
2) Lavagem abundante da cavidade com água durante 30 segundos;
3) Secagem cuidadosa da cavidade com papel absorvente para que não haja
desidratação dentinária o que poderia comprometer a adesão.
4) Aplicação do sistema adesivo convencional de 2 passos Adper Single Bond
(3M Espe). De acordo com o protocolo do fabricante o qual recomenda a
seguinte técnica de aplicação: aplicação da primeira camada com microbrush,
aguardar 20 segundos, leve jato de ar, aplicação da segunda camada,
aguardar 20 segundos, leve jato de ar e fotoativar durante 20 s;
5) Inserção da resina composta em três incrementos de forma oblíqua, sendo:
inserir primeiro incremento no terço incisal e fotoativado por 40 segundos;
segundo incremento no terço cervical do preparo e fotoativado por 40
segundos e último incremento restaurando todo o preparo, tomando-se o
cuidado de deixar o material restaurador com pequeno excesso.
Os corpos-de-prova foram colocados no plano focal da câmera, a 6 cm. A
iluminação na região focal da imagem é de 4 cm².
Figura 11 - Sistema de aquisição de imagem
47
5 Resultados e Discussões
5.1 Verificação do diâmetro das partículas de esmalte bovino
Na Figura 12 pode-se verificar a distribuição do diâmetro das partículas de
esmalte que foram trituradas por doze horas no moinho vibratório, a distribuição está
centrada em 519,5 nm, obtida no equipamento Bi-FOQELS.
Numero de particulas (unid. arb.)
110
Particulas de esmalte bovino
100
90
80
70
60
50
40
30
20
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Diâmetro (nm)
Figura 12 - Distribuição de partículas de esmalte bovino triturado por doze horas no moinho
vibratório.
Na Figura 13 verifica-se a distribuição do diâmetro das partículas que foram
fragmentadas no moinho vibratório por 24 horas, o pico da distribuição está centrado
em 72,3 nm.
48
Numero de particula (unid. arb.)
110
Particulas de esmalte bovino
100
90
80
70
60
50
40
30
20
40
60
80
100
120
140
Diâmetro (nm)
Figura 13 - Distribuição do diâmetro de partículas de esmalte trituradas no moinho de bola.
De acordo com o fabricante das resinas comerciais a distribuição do diâmetro
da Filtek™ Z-250 é de 0,01 a 3,50 µm com tamanho médio de 0,6 µm. A resina
Filtek™ Supreme XT tem distribuição de diâmetro de 0,6 a 1,4 µm incorporadas
partículas de 20 nm não agregadas. As duas resinas comerciais são compostas por
Zircônia e Sílica, o fabricante não descreve as proporções dos elementos.
O processo utilizado de moagem não foi eficaz para diminuir o diâmetro e
uniformizar a morfologia das partículas. Na Figura 14 pode-se verificar as imagens
de microscopia eletrônica de varredura das resinas experimentas nas diferentes
concentrações em massa 60, 70 e 85% e das resinas comerciais Supreme XT e Z250. As setas nas imagens mostram os diferentes diâmetros de partículas de
esmalte bovino nas resinas experimentais e a não uniformidade partículas de
esmalte comparado com as resinas comerciais, que apresentam partículas regulares
na morfologia.
Como resultado da distribuição dos diâmetros das partículas de carga a
manipulação da resina experimental é baseada na porcentagem da carga em peso,
sem um controle rigoroso da uniformidade (formato) das partículas
49
B
A
4,5 µm
C
4,5 µm
4,5 µm
D
4,5 µm
E
4,5 µm
Figura 14 - Resina experimental 60%-(A), 70%-(B) e 85%-(C) concentrações de carga. Resinas
comerciais Supreme XT-(D) e Z-250-(E). Aumento de 5000 para as cinco imagens as resinas
5.2 Avaliação do tratamento superficial
A partir das distribuições de diâmetro médio das partículas utilizou-se a eq.9
para fazer o cálculo da quantidade de silano a ser utilizado para cada distribuição.
Para a distribuição na qual o diâmetro médio das partículas ficou da ordem de
519,3 nm, a área superficial foi de 3,85 m²/g, sendo a quantidade de silano utilizado,
de 0,07 g, enquanto que partículas medidas de 72,3 nm a área superficial foi de 27,6
m²/g e quantidade de silano foi utilizada 0,52 g.
A Figura 15 apresenta a o espectro de absorção na região de 750 a 3500 cm-1
das partículas de esmalte sem o agente de união e o agente de união.
Após o tratamento superficial, descrito no item 4.2, o espectro de absorção no
infravermelho das partículas tratadas na região de 1175 a 1250 cm-1 foi obtido,
região esta referente à ligação Si-CH2R apresentado na Figura 16. As partículas com
área superficial maior apresentam maior intensidade de absorção quando
50
comparado com partículas de área superficial menor Figura 16, isto ocorre devido a
quantidade de agente de união utilizada.
Como o silano é uma molécula relativamente grande, se faz necessárias
quantidades exatas, pois quantidades de silano maiores dificultam a silanização e
quantidades pequenas não resultam em recobrimento de toda a área superficial da
partícula (55).
0,7
Particulas de esmalte
MPS
Absorçao (unid. arb)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Numero de onda (cm-1)
Figura 15 - Intensidade de absorção das partículas de esmalte sem ɣ-MPS e ɣ-MPS
0,30
Particulas de esmalte bovino
MPS
3,8 m2/g
27,6 m2/g
Absorçao (unid. arb)
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
1160
1170
1180
1190
1200
1210
1220
1230
1240
1250
1260
Numero de onda (cm-1)
Figura 16 - Intensidade de absorção do silano em diferentes área superficial
51
5.3 Avaliação do Grau de Conversão
Foi realizado o teste de grau de conversão para verificar se a proporção dos
componentes da matriz orgânica utilizada resultava em valores de porcentagem de
conversão semelhantes aos encontrados na literatura, pois um valor baixo de
conversão pode aumentar os monômeros residuais. A Figura 17 mostra o espectro
de absorção da resina composta com 70% de carga. Temos a intensidade de
absorção da resina curada e não curada.
Figura 17 - Espectro de absorção da resina experimental
Na Tabela 5 e Figura 18 pode-se verificar que os valores calculados do grau
de conversão das resinas composta comerciais e experimentais com 60, 70 e 85%
em peso de carga.
Os valores apresentados corroboram com valores encontrados na literatura
de resinas compostas a base da matriz orgânica apresentada na Tabela 3 e a partir
dos valores obtidos constatamos que as proporções utilizadas para composição da
matriz de resina estão satisfatórias, baseado nos valores encontrados na literatura
(58,59).
52
RE 70%
RE 85%
40
XT-Supreme
50
Z-250
Grau de Conversao (%)
60
RE 60%
70
30
20
10
0
Resinas compostas
Figura 18 - Grau de conversão das resinas compostas comerciais e experimentais
Tabela 5 - Grau de conversão das diferentes quantidades de carga
Resina composta
Grau de Conversão (%)
Z-250
Supreme XT
60
70
85
56,6 ± 3,3
57,5 ± 1,7
63,4 ± 2,1
58,7 ± 2,6
55,3 ± 1,5
5.4 Avaliação do teste de dureza
Na Figura 19 são apresentados os valores de microdureza Vickers das
resinas comerciais e das resinas experimentais (RE) nas concentrações de 60, 70 e
85% de partículas de carga de esmalte bovino.
70
XT-Supreme
80
Z-250
53
85% RE
70% RE
50
40
60% RE
Dureza (HV)
60
30
20
10
0
Topo Base
Topo Base
Topo Base
Topo Base
Topo Base
Resinas compostas
Figura 19 - Teste de microdureza nas resinas compostas
As resinas experimentais apresentam valores médios de dureza que
aumentam em função do aumento da concentração de partículas de carga, esse
comportamento pode ser observado tanto no topo quanto na base dos corpos-deprova. Nas resinas experimentais com 60 % de partículas de carga os valores
médios de microdureza são iguais levando em conta o desvio padrão. Nota-se que
com o aumento da concentração de partículas de carga propicia valores de dureza
na base inferior quando comparado com o topo na mesma concentração. Esse fato
pode ser entendido da seguinte maneira. Com o aumento da concentração de
partículas de carga menos luz incidente está chegando à base, pode estar
ocorrendo um processo de absorção das partículas de carga, isso proporciona que
menos ligações cruzadas sejam formadas resultando uma diminuição do valor em
relação ao topo. O aumento das propriedades mecânicas está associado com o
aumento das ligações cruzadas (60).
Nas resinas comerciais verifica-se que os valores médios de dureza topo e
base são similares quando considerado o desvio padrão, esse fato pode estar
ocorrendo, pois estas resinas são mais translúcidas do que a resina experimental
manipulada neste estudo. Nossa hipótese é a de que nas resinas comerciais, a
distribuição da luz no material ocorre de maneira mais uniforme, atingindo
intensidade semelhante na base da amostra. No caso da resina experimental, onde
devido a maior opacidade e consequentemente maior absorção, a intensidade na
superfície base é inferior à do topo. Outro fator que influência as propriedades
54
mecânicas da resina composta é a menor eficiência da adesão do agente de união,
silano, na partícula de carga. Se o agente de união não aderir na partícula de carga,
a mesma fica dispersa na matriz polimérica em formação, assim durante o processo
de polimerização o polímero em formação não se liga a partícula de carga formando
uma cadeia polimérica sem partículas de carga.
Os valores encontrados de microdureza das resinas experimentais estão
abaixo dos valores de dureza encontrados na literatura, onde pode ser encontrados
valores de dureza de 45 a 70 Vickers (61). O trabalho de GOMES e colaboradores
apresentam o valor da dureza Vickers da resina composta Filtek Supreme 3M ESPE,
essa resina composta é constituída aproximadamente da mesma composição de
carga de 70 % em peso. O valor encontrado pelo autor é de 66 HV (62), podemos
verificar que o valor encontrado na resina proposta com esmalte bovino como carga
está abaixo.
Usualmente as resinas compostas comerciais apresentam na sua composição
0,5% em peso de CQ e amina, foi feito teste nas resinas experimentais com nesta
concentração, mas os valores de microdureza obtidos ficaram em 28 HV para resina
experimental com 85% em massa de partícula de carga.
Para aumentar a numero de ligações cruzadas e conseqüentemente a
dureza, foi triplicado o sistema de fotoativação: canforoquinona e amina para 1,5%
em peso. Essa ação foi baseada no artigo de V. Kalliyana e colaboradores (61), no
qual foi feito um estudo variando a quantidade do sistema de fotoativação fixando a
matriz de resina e constatou-se que fazendo esse aumento pode-se ter um aumento
de até 88% do valor de dureza inicial, ou seja, antes do aumento do sistema de
fotoativação.
5.5 Teste de compressão axial e compressão diametral
Na Tabela 6 são apresentados os valores médios de resistência à fratura no
ensaio compressão axial. Na Figura 20 apresenta o comportamento das resinas
55
compostas durante o ensaio de compressão axial, para um copor-de-prova nas
diferentes resinas em estudo.
Tabela 6 - Valores médios de compressão axial
Resina composta
Z-250
Supreme XT
60
70
85
Compressão (MPa)
298,8 ± 18,2
342,3 ± 19,4
182,3 ± 13,7
158,8 ± 22,8
107,3 ± 9,1
400
Z-250
XT-Supreme
60%
70%
85%
Matriz orgânica fotopolimerizada
350
Compressao (MPa)
300
250
200
150
100
50
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Deformaçao (%)
Figura 20 - Ensaio de compressão axial nas diferentes resinas compostas.
Para que uma resina composta possa ser utilizada em restauração a ADA
(American Dental Association) recomenda que a resina tenha valores de resistência
a compressão superiores a 100 MPa, representado na Figura 20 pela linha preta
(56).
Nos
dentes
naturais
a
resistência
a
compressão
do
esmalte
é
aproximadamente de 380 MPa, dentina 300 MPa, no dente molar é de
aproximadamente de 300 MPa e pré molar de 250 MPa. Munidos desses valores, a
avaliação da resistência a compressão de um novo material para uso em
restaurações é importante, pois esta propriedade pode determinar se o material esta
apto a suportar os estresses durante o ato de mastigação (63,64).
56
A comparação direta dos valores apresentados na Tabela 5 com valores de
resistência a compressão de dentes naturais e resinas compostas encontrados na
literatura se faz necessário uma cautela, pois não foi encontrado padronização no
formato dos corpos-de-prova. Em dentes naturais existe a dificuldade de padronizar
o corpo-de-prova devido a morfologia do mesmo.
Os valores de resistência a compressão encontrados nesse trabalho superam
o valor exigido pela ADA. As resinas comerciais apresentam os maiores valores,
enquanto que as resinas experimentais apresentam valores menores e diminuem
com o aumento da porcentagem em massa da partícula de carga.
Masouras e colaboradores relatam que o tamanho, a forma e se o agente de
união está aderido a partícula de carga interfere nas propriedades mecânicas do
material (65).
As Figuras 12 e 13 apresentam a distribuição do diâmetro das partículas de
carga, pode-se verificar que a distribuição é larga e este fato influência diretamente
no cálculo da área superficial que por sua vez determina a quantidade de agente de
união a ser utilizado. Se o agente de união não for utilizado na quantidade correta
torna-se ineficaz a sua contribuição para que a partícula de carga esteja aderida a
estrutura polimérica.
A Figura 14 mostra a morfologia das partículas moídas no moinho vibratório,
pode-se verificar que as partículas não são exatamente esféricas, e forma da
partícula influencia no cálculo para quantidade de agente de união.
O aumento da porcentagem em massa de partícula, geralmente aumenta as
propriedades mecânicas do material (66). No ensaio de microdureza esse fato foi
possível constatar, onde o aumento da porcentagem em massa da resina resultou
no aumento da dureza do material. Enquanto que no ensaio de resistência a
compressão as resinas experimentais apresentaram valores menores na fratura com
o aumento da porcentagem de carga.
A diferença de comportamento nos ensaios de microdureza e compressão
axial e diametral pode estar relacionada com a diferença do tipo de ensaio
mecânico. No ensaio de microdureza o identador atua em uma pequena área do
corpo-de-prova o que proporciona no material um deslocamento de uma pequena
fração do material, apenas onde o identador esteve em contato. Como a força
aplicada é relativamente baixa, o material adjacente àquele que foi deslocado não se
desloca. Com o aumento da concentração das partículas de carga, o deslocamento
57
do
material
onde
o
identador
está
em
contato
torna-se
mais
difícil,
consequentemente, com o aumento da concentração observamos um aumento do
valor de microdureza.
Para o ensaio de compressão axial e diametral a força aplicada atua sobre
toda a área em contato do suporte da máquina de ensaio com o corpo-de-prova. O
nosso tratamento de área superficial das partículas (silanização) não está ocorrendo
de forma eficaz, desta forma, com o aumento da concentração de partículas existe
um aumento da área superficial não ligada à matriz polimérica em formação. Existe
o favorecimento da propagação de trincas de forma mais rápida, neste caso a
partícula funciona como uma impureza, e, consequentemente, com o aumento da
concentração de carga observa-se uma diminuição da resistência à compressão.
Na Tabela 7 pode-se verificar a média dos valores de resistência a
compressão diametral e o desvio padrão. A Figura 21 apresenta o comportamento
das resinas compostas durante a compressão diametral.
Tabela 7 - Compressão diametral
Resina composta
Z-250
Supreme XT
60
70
85
Compressão Diametral (MPa)
50,0 ± 2,7
47,3 ± 1,8
25,9 ± 1,7
23,2 ± 1,9
21,6 ± 1,7
58
55
Z-250
XT-Supreme
60
70
85
50
45
40
σ (MPa)
35
30
25
20
15
10
5
0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Deformaçao (mm)
Figura 21 - Ensaio de compressão diametral nas diferentes resinas compostas
Os valores obtidos do ensaio de compressão diametral das resinas
comerciais corroboram o valor encontrado na literatura. O ensaio de compressão
diametral foi realizado, pois é utilizado para entender o comportamento de materiais
resinosos a restaurações anteriores (56).
Para as resinas experimentais os valores obtidos foram inferiores aos das
resinas comerciais, esse fato pode estar relacionado com o tratamento da área
superficial não eficaz, como discutido no ensaio de compressão axial.
59
5.6
Avaliação da fluorescência
As imagens de fluorescência foram realizadas para comparar de forma
quantitativa a fluorescência das resinas comerciais e experimentais que se
assemelham ao tecido dental.
a
b
Figura 22 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina experimental 60%
carga em peso.
a
b
Figura 23 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina experimental 70%
carga em peso.
60
a
b
Figura 24 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina experimental 85%
carga em peso.
a
b
Figura 25 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina experimental do dente
humano.
a
b
Figura 26 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina comercial Supreme
XT.
61
a
b
Figura 27 - a) imagem de fluorescência, b) imagem em escala de cinza resina comercial Z-250.
As imagens nas Figuras 22 a 27 apresenta em a) a imagem de fluorescência
e em b) imagem em escala de cinza das resinas experimentais, dente humano e
resinas comerciais. Como pode-se verificar que as resinas experimentais
assemelhasse a estrutura dental do que as resinas experimentais utilizadas neste
trabalho. Na Figura 28 é apresentado intensidade de fluorescência em escala cinza
das resinas experimentais, resinas comerciais e dente humano, o que podemos
verificar que as resinas experimentais possuem mais semelhança óptica ao tecido
dental do que as resinas comerciais.
50
70% RE
30
15
10
5
XT Supreme
20
60% RE
25
85% RE
35
Dente humano
40
Z-250
Escala de cinza (unid. arb.)
45
0
Figura 28 - Intensidade de fluorescência em escala de cinza das resinas experimentais, comerciais e
dente humano.
62
A Tabela 8 apresenta os valores médios dos ensaios mecânicos e intensidade
de fluorescência realizados nas resinas comerciais e experimentais.
Tabela 8 – Ensaios mecânicos e intensidade de fluorescência
Tipo de
Resinas
Z-250
Supreme XT
RE 60 % de
carga
RE 70 % de
carga
RE 85 % de
carga
Dente humano
Partículas de Carga
Zirconia/Sílica
0,01 a 3,50 µm
Zirconia/Sílica
0,6 a 1,40 µm e
20 nm
Esmalte bovino
0,04 a 0,13 µm
e 0,32 a 1 µm
Esmalte bovino
0,04 a 0,13 µm
e 0,32 a 1 µm
Esmalte bovino
0,04 a 0,13 µm
e 0,32 a 1 µm
HV
Compressão
diametral
(MPa)
Compressão
axial (MPa)
Fluorescência
(escala de
cinza)
70,2
298,8
50,0
17,4
66,9
342,3
47,3
18,2
19,5
182,3
25,9
24,6
30,2
158,3
23,2
33,5
43,8
107,3
21,6
34,1
310*
41,4
*o valor de microdureza não pode ser utilizado como comparação, pois o corpo-de-prova
confeccionado passa por um tratamento antes do ensaio (67).
63
6 Conclusão
Com base nos resultados até o momento apresentados verificou-se que foi
confeccionada uma resina composta odontológica com propriedades químicas
satisfatórias, ou seja, a matriz resinosa apresenta valores similares aos das resinas
comercialmente disponíveis. Para os ensaios mecânicos utilizados a resina
experimental apresenta valores inferiores aos das resinas comerciais. No ensaio de
compressão axial, a resina experimental apresenta valores acima do exigido pelo
ADA. No teste de fluorescência, a resina experimental mostrou-se promissora para
uso, pois apresenta fluorescência similar a estrutura dental
64
7 Trabalhos futuros
1. Procurar métodos eficientes para ter um maior controle do diâmetro das
partículas.
2. Testar outros agentes de união.
3. Melhorar a homogeneização da partícula de carga na matriz orgânica.
4. Realizar calcinação das partículas de esmalte bovino com zircônia e/ou sílica, na
busca de melhorar a propriedades mecânicas.
65
Referências
1 JANDT, K.D.; SIGUSCH, B.W. Future perspectives of resin-based dental materials.
Dental Materials, v. 25, n.8, p. 1001-1006, 2009.
2 TAN, Y.; LIU, Y.; GROVER, L.M.; HUANG, B. Wear behavior of light-cured dental
composites filled with porous glass-ceramic particles. Journal Mechanical Behavior
Biomedical Materials, v. 3, n.1, p. 77-84, 2010.
3 BEUN, S.; GLORIEUX, T.; DEVAUX, J.; VREVEN, J.; LELOUP, G.
Characterization of nanofilled compared to universal and microfilled composites.
Dental Materials, v. 23, n.1, p. 51-9, 2007.
4 CURTIS, A.R.; PALIN, W.M.; FLEMING, G.J.; SHORTALL, A.C.; MARQUIS, P.M.
The mechanical properties of nanofilled resin-based composites: the impact of dry
and wet cyclic pre-loading on bi-axial flexure strength. Dental Materials, v. 25, n.2, p.
188-97, 2009.
5 BOWEN, R.L. Properties of a Silica-Reinforced Polymer for Dental Restorations.
Journal of the American Dental Association, v. 66, n.1, p. 57-&, 1963.
6 PEUTZFELT, A. Resin composite in dentistry; the monomer systems. European
Journal Oral Science, v. 105, n.2, p. 97-116, 1997.
7 KRISHNAN, V. K.; YAMUNA, V. Effect of initiator concentration, exposure time and
particle size of the filler upon the mechanical properties of a lightcuring radiopaque
dental composite. Journal of Oral Rehabilitation, v. 25, p.747-751, 1998.
8 TSAI, P.C.L.; MEYERS, I.A.; WALSH, L.J. Depth of cure and surface
microhardness of composite resin cured with blue LED curing lights. Journal of
Dental Research, v. 82, n. Sp. Iss. C, p. 82-82, 2003.
9 OBICI, A.C.; SINHORETI, M.A.C.; CONSANI, S.; GOES, M.F.; SOBRINHO, L.C.
Effect of photoactivation method on polymerization shrinkage of the restorative
composites. Journal of Dental Research, v. 81, n. Sp. Iss. B, p. B169-B169, 2002.
66
10 GONCALVES, F.; PFEIFER, C.C.S.; STANSBURY, J.W.; NEWMAN, S.M.;
BRAGA, R.R. Influence of matrix composition on polymerization stress development
of experimental composites. Dental Materials, v. 26, n.7, p. 697-703, 2010.
11 ANUSAVICE, K.J. Materiais Dentários. 10 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan
S.A. 1998.
12 BRAGA, R.R.; BALLESTER, R.Y.; FERRACANE, J.L. Factors involved in the
development of polymerization shrinkage stress in resin-composites: A systematic
review. Dental Materials, v. 21, n.10, p. 962-970, 2005.
13 WOZNIAK, W.T.; MOORE, B.K. Luminescence spectra of dental porcelains.
Journal of Dental Research, v. 57, n.11-12, p. 971-4, 1978.
14 ECKER, G.A.; MOSER, J.B.; WOZNIAK, W.T.; BRINSDEN, G.I. Effect of
repeated firing on fluorescence of porcelain-fused-to-metal porcelains. The Journal of
prosthetic dentistry, v. 54, n.2, p. 207-14, 1985.
15 DOS REIS, R.S.A.; CASEMIRO, L.A.; CARLINO, G.V.; LINS, E.C.C.C.;
KURACHI, C.; BAGNATO, V.S.; PIRES-DE-SOUZA, F.D.P.; PANZERI, H. Evaluation
of fluorescence of dental composites using contrast ratios to adjacent tooth structure:
A pilot study. Journal of Esthetic and Restorative Dentistry, v. 19, n.4, p. 199-206,
2007.
16 HOSSEINALIPOUR, M.; JAVADPOUR, J.; REZAIE, H.; DADRAS, T.; HAYATI,
A.N. Investigation of mechanical properties of experimental Bis-GMA/TEGDMA
dental composite resins containing various mass fractions of silica nanoparticles.
Journal Prosthodontics, v. 19, n.2, p. 112-7, 2010.
17 RAMAKRISHNA, S.; MAYER, J.; WINTERMANTEL, E.; LEONG, K.W. Biomedical
applications of polymer-composite materials: a review. Composites Science and
Technology, v. 61, n.9, p. 1189-1224, 2001.
18 ORÉFICE R.L.; PEREIRA M.M; Mansur, H.S. Biomateriais: fundamentos e
aplicações.Rio de Janeiro: Cultura Médica. 2006.
19 REKOW, D.; THOMPSON, V.P. Engineering long term clinical success of
advanced ceramic prostheses. Journal of Materials Science-Materials in Medicine, v.
18, n.1, p. 47-56, 2007.
67
20 CANEVAROLO Jr, S.V. Ciências dos Polímeros. São Paulo: Artliber Editora Ltda.
2006.
21 CURTIS, A.R.; SHORTALL, A.C.; MARQUIS, P.M.; PALIN, W.M. Water uptake
and strength characteristics of a nanofilled resin-based composite. Journal of
Dentistry, v. 36, n.3, p. 186-193, 2008.
22 JUDEINSTEIN, P.; SANCHEZ, C. Hybrid organic-inorganic materials: A land of
multi-disciplinarity. Journal of Materials Chemistry, v. 6, n.4, p. 511-525, 1996.
23 CALLISTER JR., W.D. Fundamentos da ciência e engenharia dos materiais. Rio
de Janeiro: LTC. 2006.
24 SIDERIDOU, I.; TSERKI, V.; PAPANASTASIOU, G. Effect of chemical structure
on degree of conversion in light-cured dimethacrylate-based dental resins.
Biomaterials, v. 23, n.8, p. 1819-29, 2002.
25 ASMUSSEN, E.; PEUTZFELDT, A. Influence of UEDMA, BisGMA and TEGDMA
on selected mechanical properties of experimental resin composites. Dental
Materials, v. 14, n.1, p. 51-56, 1998.
26 CHUNG, C.M.; KIM, M.S.; KIM, J.G.; JANG, D.O. Synthesis and
photopolymerization of trifunctional methacrylates and their application as dental
monomers. Journal of Biomedical Materials Research, v. 62, n.4, p. 622-627, 2002.
27 LU, H.; STANSBURY, J.W.; NIE, J.; BERCHTOLD, K.A.; BOWMAN, C.N.
Development of highly reactive mono-(meth)acrylates as reactive diluents for
dimethacrylate-based dental resin systems. Biomaterials, v. 26, n.12, p. 1329-1336,
2005.
28 ZOTTI-MARTELLI, L.; PECCATORI, M.; SCARPATO, R.; MIGLIORE, L. Induction
of micronuclei in human lymphocytes exposed in vitro to microwave radiation.
Mutation Research-Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, v. 472, n.12, p. 51-58, 2000.
29 COOK, W.D. Photopolymerization kinetics of dimethacrylates using the
camphorquinone amine initiator system. Polymer, v. 33, n.3, p. 600-609, 1992.
68
30 LEPRINCE, J.; PALIN, W.M.; MULLIER, T.; DEVAUX, J.; VREVEN, J.; LELOUP,
G. Investigating filler morphology and mechanical properties of new low-shrinkage
resin composite types. Journal of Oral Rehabilitation, v. 37, n.5, p. 364-376, 2010.
31 LEE, J.H.; UM, C.M.; LEE, I.B. Rheological properties of resin composites
according to variations in monomer and filler composition. Dental Materials, v. 22,
n.6, p. 515-526, 2006.
32 FERRACANE, J.L. Resin composite-state of the art. Dental Materials, 2010. In
press.
33 REKOLA, J.; AHO, A.J.; GUNN, J.; MATINLINNA, J.; HIRVONEN, J.;
VIITANIEMI, P.; VALLITTU, P.K. The effect of heat treatment of wood on
osteoconductivity. Acta Biomaterialia, v. 5, n.5, p. 1596-1604, 2009.
34 WITUCKI, G.L. A Silane Primer - Chemistry and Applications of Alkoxy Silanes.
Journal of Coatings Technology, v. 65, n.822, p. 57-60, 1993.
35 SHEN, C.Y.; OH, W.S.; WILLIAMS, J.R. Effect of post-silanization drying on the
bond strength of composite to ceramic. Journal of Prosthetic Dentistry, v. 91, n.5, p.
453-458, 2004.
36 MATINLINNA, J.P.; OZCAN, M.; LASSILA, L.V.J.; VALLITTU, P.K. The effect of a
3-methacryloxypropyltrimethoxy-silane and vinyltriisopropoxysilane blend and tris(3trimeth oxysilylpropyl)isocyanurate on the shear bond strength of composite resin to
titanium metal. Dental Materials, v. 20, n.9, p. 804-813, 2004.
37 PHILLIPS, R.W. Materiais Dentários. 10 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan
S.A. 1998.
38 NIHEI, T.; DABANOGLU, A.; TERANAKA, T.; KURATA, S.; OHASHI, K.; KONDO,
Y.; YOSHINO, N.; HICKEL, R.; KUNZELMANN, K.H. Three-body-wear resistance of
the experimental composites containing filler treated with hydrophobic silane coupling
agents. Dental Materials, v. 24, n.6, p. 760-764, 2008.
39 SODERHOLM, K.J.M.; SHANG, S.W. Molecular-Orientation of Silane at the
Surface of Colloidal Silica. Journal of Dental Research, v. 72, n.6, p. 1050-1054,
1993.
69
40 GEHLEN, M.H.; BUCHVISER, S.F.; RODRIGUES, M.R.; NEUMANN, M.G.
Fotoiniciação de polimerização vinílica. Química Nova, v. 21, n.6, p. 794-801, 1998.
41 RUTSCH, W.; DIETLIKER, K.; LEPPARD, D.; KOHLER, M.; MISEV, L.;
KOLCZAK, U.; RIST, G. Recent developments in photoinitiators. Progress in Organic
Coatings, v. 27, n.1-4, p. 227-239, 1996.
42 ALLEN, N.S. Photoinitiators for UV and visible curing of coatings: mechanism
and properties. Journal of Photochemistry and Photobiology A: chemistry, v. 10, n.13, p. 101-107, 1996.
43 RODRIGUES, M.R. Fotopolimerização: princípios e métodos. Polímeros: ciência
e tecnologia, v. 13, n.4, p. 276-286, 2003.
44 FOUASSIER, J.P.; ALLONAS, X.; BURGET, D. Photopolymerization reactions
under visible lights: principle, mechanisms and examples of applications. Progress in
Organic Coatings, v. 47, n.1, p. 16-36, 2003.
45 ANDRZEJEWSKA, E. Photoinitiated polymerization of multifunctional monomers.
Polimery, v. 46, n.2, p. 88-99, 2001.
46 LOVELL, L.G.; NEWMAN, S.M.; BOWMAN, C.N. The effects of light intensity,
temperature, and comonomer composition on the polymerization behavior of
dimethacrylate dental resins. Journal of Dental Research, v. 78, n.8, p. 1469-1476,
1999.
47 LOVELL, L.G.; NEWMAN, S.M.; DONALDSON, M.M.; BOWMAN, C.N. The effect
of light intensity on double bond conversion and flexural strength of a model, unfilled
dental resin. Dental Materials, v. 19, n.6, p. 458-465, 2003.
48 NIE, J.; LINDEN, L.A.; RABEK, J.F.; EKSTRAND, J. Photocuring of mono- and difunctional (meth)acrylates with tris [2-(acryloyloxy)ethyl]isocyanurate. European
Polymer Journal, v. 35, n.8, p. 1491-1500, 1999.
49 DUTRA-CORRÊA, M. Avaliação das propriedades térmicas, químicas e
mecânicas relacionando dente bovino e dente humano. 2005. 170 f. Dissertação
(Mestrado em Odontologia Restauradora, Especialidade Dentística Restauradora) Faculdade de Odontologia de São José dos Campos, Universidade Estadual
Paulista, São José dos Campos. 2005.Avaliação das propriedades térmicas,
químicas e mecânicas relacionando dente bovino e dente humano. 2005.
70
50 MOSZNER, N.; FISCHER, U.K.; ANGERMANN, J.; RHEINBERYER, V. A
partially aromatic urethane dimethacrylate as a new substitute for Bis-GMA in
restorative composites. Dental Materials, v. 24, n.5, p. 694-699, 2008.
51 BANDECA, M.C.; EL-MOWAFY, O.; SAADE, E.G.; RASTELLI, A.N.S.;
BAGNATO, V.S.; PORTO-NETO, S.T. Changes on degree of conversion of dual-cure
luting light-cured with blue LED. Laser Physics, v. 19, n.5, p. 1050-1055, 2009.
52 JACOMASSI, D.P. Estudo da fotoativação de resina composta variando o
comprimento de onda com laser de argônio, por meio dos testes de microdureza,
variação térmica, grau de conversão e ablação. 2007. 87 f. Dissertação (Mestrado
em Ciência e Engenharia de Materiais) - Escola de Engenharia\ Instituto de Química
de São Carlos\ Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, São
Carlos, 2007.
53 ANUSAVICE, K.J. Resorative resins, in Phillip's science of dental materials.
Philadelphia: J Wiley, 1996.
54 MIYAZAKI, M.; ONOSE, H.; IIDA, N.; KAZAMA, H. Determination of residual
double bonds in resin-dentin interface by Raman spectroscopy. Dental Materials, v.
19, n.3, p. 245-251, 2003.
55 SOCRATES, G. Infrared and raman characteristic: group frequencies, 3 ed.
Chichester: J Wiley, 2001.
56 DELLA BONA, A.; BENETTI, P.; BORBA, M.; CECCHETTI, D. Flexural and
diametral tensile strength of composite resins. Brazilian Oral Research, v. 22, n.1, p.
84-9, 2008.
57 GONZALEZ, R.C.; WOODS, R.E. Digital image processing. New York: AddisonWesley. 1992.
58 MOHAMA D, D. ; YOUNG, R J ; MANN, A B ; Watts, D.C. Post-polymerization
of dental resin composite evaluated with nanoindentation and micro-Raman
spectroscopy. Archives of Orofacial Sciences, n.2, p. 26-31, 2007.
59 OBICI, A.C.; SINHORETI, M.A.C.; FROLLINI, E.; SOBRINHO, L.C.; CONSANI, S.
Degree of conversion and knoop hardness of Z250 composite using different photoactivation methods. Polymer Testing, v. 24, n.7, p. 814-818, 2005.
71
60 SCHNEIDER, L.F.J.; MORAES, R.R.; CAVALCANTE, L.M.; SINHORETIA,
M.A.C.; CORRER-SOBRINHO, L.; CONSANI, S. Cross-link density evaluation
through softening tests: Effect of ethanol concentration. Dental Materials, v. 24, n.2,
p. 199-203, 2008.
61 KRISHNAN, V.K.; YAMUNA, V. Effect of initiator concentration, exposure time
and particle size of the filler upon the mechanical properties of a light-curing
radiopaque dental composite. Journal of Oral Rehabilitation, v. 25, n.10, p. 747-751,
1998.
62 GOMES, G. M.; CALIXTO, A.L.; SANTOS, F. A.; GOMES, O. M. M.; D’ALPINO,
P. H. P.; GOMES, J. C. Hardness of a bleaching-shade resin composite polymerized
with different light-curing sources. Brazilian Oral Research, v. 20, p. 337-41, 2006.
63 KREJCI, I.; LUTZ, F.; ZEDLER, C. Effect of Contact Area Size on Enamel and
Composite Wear. Journal of Dental Research, v. 71, n.7, p. 1413-1416, 1992.
64 WILLEMS, G.; LAMBRECHTS, P.; BRAEM, M.; VANHERLE, G. Three-year
follow-up of five posterior composites: in vivo wear. Journal Dentistry, v. 21, n.2, p.
74-8, 1993.
65 MASOURAS, K.; SILIKAS, N.; WATTS, D.C. Correlation of filler content and
elastic properties of resin-composites. Dental Materials, v. 24, n.7, p. 932-939, 2008.
66 WEI, Y.; JIN, D.L.; WEI, G.; YANG, D.C.; XU, J.G. Novel organic-inorganic
chemical hybrid fillers for dental composite materials. Journal of Applied Polymer
Science, v. 70, n.9, p. 1689-1699, 1998.
67 CHUENARROM, C.; BENJAKUL, P.; DAOSODSAI, P. Effect of Indentation Load
and Time on Knoop and Vickers Microhardness Tests for Enamel and Dentin.
Materials Research-Ibero-American Journal of Materials, v. 12, n.4, p. 473-476,
2009.
72
Apêndice – Pedido de Patente
73
74
75
76
ANEXO – Comitê de Ética